激光原理緒論

激光原理PrinciplesofLaser教材：《激光原理》周炳琨學時：54主講教師：邵敏激光原理緒論第一章：概述激光器基本原理第二章：開放式光諧振腔理論與高斯光束第四章：闡明光和物質相互作用的基本物理過程第五章、第六章：激光振蕩和放大理論對激光技術中的物理問題有較系統全面的認識；內容概要目標建立正確的基本概念；掌握一定的有關激光技術方面的知識。激光原理緒論按時上課，不遲到不早退。課程要求有事請請假。上課請關機，勿吃東西。認真學習，快樂學習。成績：平時20%，考試80%。E-mail:激光原理緒論激光（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）意思是“受激輻射的光放大”。其最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯。激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發明。1916年愛因斯坦提出其基本原理，1960年激光才被首次成功制造。激光的發展不僅使古老的光學科學獲得新生，而且導致一個新興產業的出現。

什么是激光？激光原理緒論

激光的基本概念

激光：愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質的原子中，有不同數量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發，會從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光，而且在某種狀態下，能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”。普通光源：自發輻射。激光原理緒論

激光的發展

1917年，愛因斯坦在《關于輻射的量子力學?一文預言了原子受激輻射發光的可能性，即存在激光的可能性。

1958年，美國科學家肖洛和湯斯將內光燈泡所發射的光照在一種稀土晶體上時，晶體的分子會發出鮮艷的、始終會聚在一起的強光。根據這一現象，他們提出了“激光原理”，即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激勵時，都會產生這種不發散的強光--激光。

1960年5月15日，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個將激光引入實用領域的科學家。

1960年前蘇聯科學家H.Γ.巴索夫于發明了半導體激光器。半導體激光器的結構通常由P層、N層和形成雙異質結的有源層構成。其特點是：尺寸小，耦合效率高，響應速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調制，相干性好。

1960年在美國貝爾實驗室里由伊朗物理學家賈萬制成的。

1970年后，激光經典、半經典、量子理論形成。激光原理緒論世界上第一臺激光器

1960年5月15日，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學家梅曼宣布獲得了波長為0.6943微米的激光，這是人類有史以來獲得的第一束激光，梅曼因而也成為世界上第一個將激光引入實用領域的科學家。

激光原理緒論C.H.TownesA.M.Prokhorov

N.G.Basov

湯斯1954年在量子電子學研究中實現了氨分子的粒子數反轉，研制了微波激射器和激光器；普羅霍洛夫和巴索夫1958年幾乎同時在量子電子學的基礎研究中，根據微波激射器和激光器原理研制了振蕩器和放大器。以上工作導致了激光器的發明。TheNobelPrizeinPhysics1964激光原理緒論

中國第一臺激光器

1961年8月，中國第一臺激光器在中科院長春光機所誕生。設計者有：王之江、王乃弘、杜繼祿等。

1963年7月，鄧錫銘制造了第一臺氦氖激光器。隨后王乃弘制造了半導體激光器；劉頌豪制造了氟化鈣激光器；干福熹等制造了釹玻璃激光器。激光原理緒論緒論一、激光的特性1.方向性好激光原理緒論2.單色性好激光原理緒論激光原理緒論3.高亮度

空間高度集中：亮度比太陽表面高1010倍。時間高度集中：功率峰值為1012瓦(TW)

。（高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。）激光原理緒論4.相干性好激光原理緒論二、激光的應用1.工業應用精密測量（距離位移）激光加工（切割焊接打孔雕刻）光譜分析2.醫學應用眼科普通外科牙科皮膚科3.軍事應用激光測距激光偵察大氣激光通信激光制導核聚變激光原理緒論激光原理緒論激光武器的優點1．無需進行彈道計算2．無后座3．操作簡便，機動靈活，使用范圍廣4．無放射性污染，效費比高

激光原理緒論核聚變實驗的六路真空靶室實驗中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器激光原理緒論4.日常應用激光打印機電腦光驅CD/VCD條形碼掃描器激光防偽激光原理緒論激光原理緒論激光霓虹燈重慶觀音橋激光噴泉激光照在激光噴泉噴頭噴出的水膜上，激光束由激光控制系統編程控制，可發出多種多樣的圖案及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上,形成斑斕奪目的奇異效果。激光原理緒論5.通信領域的應用（1）空間激光通信激光原理緒論（2）光纖通信光纖的優越性：?寬帶?不受電磁干擾?重量輕?低損耗光纖通信用光源：短距離通信用0.85um；長距離通信用1.31um，1.55um光纖放大器：1.55um波段的摻鉺光纖放大器（EDFA）；1.31um的摻鐠光纖放大器（PDFA）；1.27～1.67um全光波段的拉曼放大器（RFA）1480nm和980nm波長的半導體激光器是EDFA的泵浦光源。激光原理緒論6.信息技術領域的應用(1)全息照相(2)激光全息存儲信息存儲容量大---可達1Tb/cm3

記錄速度快記錄信息不易丟失---壽命可達數百年便于長期保存---每一碎片都包含完整信息便于拷貝、復制激光原理緒論(3)大屏幕顯示（LED顯示）

采用二極管泵浦的固體激光器，倍頻輸出紅綠藍三基色的激光全色顯示具有色彩十分豐富多彩，亮度高、清晰度高等優點預計未來10年內在計算機投影儀、大屏幕高清晰顯示和數字電視方面得到廣泛應用。

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